地图的发展与地图学史

 摘要：本文分古代、近代及现代三个阶段简单回顾了地图学发展历史，介绍了各阶段地图产品及主要成果，着重对近代传统地图学的形成及其局限、现代地图学的进展及其特点和优势进行阐述,进而说明地图学是一门充满生机和活力的学科。
 关键词：地图学   传统地图学   专题地图   GIS   地图数据库   机助制图

Abstract: This paper briefly looked back the history of Cartology from the three stages of ancient times，recent times and modern age,introduced the map product and main results of each stage，emphasized the formation and localizations of traditional Cartology ,and expatiated the progress，characteristics and advantage of modern Cartology. All this show that Cartology is a science of vitality.
Key words: Cartology；Traditional cartology；Thematic map；Geographic information system；Cartographic database；Computer-aided cartography

 人类生活在地球表面，就必须认识、描述和分析自己赖以生存的环境(自然的、社会的、经济的、文化的)，包括其中的诸事物、现象和它们的相关位置、依存关系以及变化和规律，这就是空间认知。空间认知是一种能力，是对事物和现象的发生、影响、因果 趋势进行分析研究的基础。从远古时代起，我们的祖先就一直在寻找这种能描述和分析自己赖以生存的环境的工具，而地图便是这样一种最普通最常用的工具。从古代地图的起源与萌芽到近代地图的发展与传统地图学的形成，再到现代地图学与地理信息系统，地图经过几千年的发展而长盛不衰，并且再可以预见的未来仍然不可取代。随着科学技术的进步和社会需求的不断增加，地图学一直处在不断的发展中，并且充满着生机和活力。
1. 古代地图的回顾
 地图的起源与古代地图
 大约在距今1万至4万年之间的原始社会，出现了用小块石头、树枝在地上摆成的缩小模型，用来表示居住的位置及周围的通行路线；大约在1万至1.5万年间,出现了在地上用线划或简单的符号表示地物的原始地图；现在所能见到的最古老的地图是公元前27世纪梁流域的苏美尔人的地图,这幅古老的地图是雕刻在陶片上的。
 在我国，地图的萌芽可追溯到4000年前的夏代或者更早。在《左转》中记载的鼎地图的传说，由于“贡金九牧”而铸鼎，且鼎上铸有山川形势、奇物怪兽，所以后人称之为《九鼎图》。后来的《山海经》中也绘有山水、动植物及矿物的原始地图。随着原始社会的逐渐解体和奴隶制国家的建立，有了行政统治和军事征战的需求，在客观上促进了地图的发展。3000年前西周为修建洛邑时绘制的洛邑城址地图，是我国历史上第一幅具有实际用途的城市建设地图。《管子·地图篇》对当时的地图内容和地图在战争中的重要作用进行了详细的叙述，并指出“凡兵主者，要先审之于图”，可见在当时地图在战争的作用已经很受关注。《战国策》记载的荆轲为刺秦王而献督亢地图的故事，说明在当时地图象征着国家主权和疆域领土，献图就能接近秦王，足以说明封建统治者对地图的重视。到了春秋战国时期，地图被用社会和生产实践的各个领域，因用途不同而构成了不同主题的地图，出现了我国地图史上专题地图的萌芽。
2. 近代地图的发展与传统地图学的形成
 2.1. 近代地图的发展及成果
 公元14世纪后,由于欧洲资本主义的兴起和中国的罗盘、造纸、印刷等技术的西传，推进了当时欧洲探险的地理发现，也推动了地图的发展。从16世纪开始，出现了社会对新地图的需要，当时最具代表性的地图学家，在东方是我国的罗洪先，西方就是佛兰德（Flanders）的墨卡托(Gerhardus, 1512-1594)。明代罗洪先编制的《广舆图》在《舆地图》的基础上编制而成，他按照一定的分幅方法绘制成地图集的形式，是我国最早的综和性地图集。《广舆图》在当时具有较大的影响，先后翻了六次，流传甚广。墨卡托逝世之后才出版的《世界地图集》是他的主要著作，他还创造了等角正轴圆柱投影，为了纪念墨卡托，该投影又被命名为墨卡托投影。墨卡托用等角圆柱投影编制的世界地图，不仅收集并改正了所有天文点的成果，把当时所人的世界地理知识表示到图上，而且由于墨卡托投影中等角航线被表示成直线，适用于航海，对航海事业的发展有很大帮助，其投影至今仍在航海图和航空图中应用。墨卡托的《世界地图集》和我国罗洪先的《广舆图》总结了16世纪以前东西方地图学发展的历史形成就。
 十六世纪七十年代，在西欧各国出现了大规模的国家三角测量和地形测绘，并先后测制和出版了大比例尺地图和中比例尺地图。我国是亚洲最早以政府名义统一进行地图测绘的国家，清朝乾隆皇帝期间就开始了全国规模的测绘工作，主要是测定全国的三角网。历经十年的艰辛，终于在1718年完成了《皇舆全览图》，后来又编成中国分省图。这些大规模的三角测量和地形测绘，奠定了近代地图测绘的基础。
 2.2. 传统地图学的形成
 大约在20世纪五六十年代，地图学作为一个独立的科学形成。一方面由于地理学、测量学、印刷学相继成为比较完整的学科，为地图学的形成与发展提供了外部条件；另一方面，由于地图学本身在漫长的生产实践中积累了丰富经验，经过不断的概括总结形成了一套系统而完整的关于地图制作的技术、方法、工艺和理论。我们把这之前的地图学称为传统的地图学。
 传统地图学研究的对象是地图制作的理论、技术和方法，以地图制作和地图产品的输出作为其的目标。因而，英国地图制图协会把传统地图学定义为“制作地图的艺术、科学和技术”。
 2.3. 传统地图学的局限
 传统地图的局限性主要表现在：信息滞后、储存受限、传输方式单一、模拟能力有限、信息提取分析速度慢。
 由于传统地图的制作严格遵循手工制图工艺，由于技术限制，其生产过程复杂，成图速度慢、周期长，造成地图更新慢，信息陈旧。因此，人们从传统地图上提取的往往是滞后的信息，由于其现实性不够好，势必造成应用上的局限性。
 传统地图采用地图符号系统，用地图符号的语言把地图绘制（印刷）在平面介质上（如纸张、聚酯薄膜或纺织品），图形符号语言是传统地图存储、传输地图信息的唯一形式。传统模拟地图是客观世界的物质模拟，它用二位的平面表达立体的空间地理环境，用有限的图幅展示内容无限的广大世界，由于受到图型符号语言、传统模拟地图表现形式和地图载负量的的限制，在同一幅地图上难以显示同一地图要素的多种分类、分级及详细情况，更难以充分展示丰富的地理信息在数量、质量和时空方面的变化特点及规律。
 根据需要，应用传统地图提取地理信息并加以分析和研究，是人们认识客观世界的常用方法。在计算机制图出现以前，地理信息的采集很受限制，分析计算的手段也极其有限，只能依靠简单的仪器或者手工操作，庞大的量算往往使得有些分析无法进行，导致地理信息的提取和分析受到很大限制，因而传统模拟地图的应用就有了很大局限性。
3. 现代地图学的进展
 在传统观念中，地图表示的对象是地球，表示形式是根据一定的数学法则，采用一定的符号语言，经过取舍、概括将地球上的现象用鲜花符号表示在平面上。随着社会经济的发展和科学技术的进步，人类的活动范围从陆地逐渐向太空、海洋发展，因此地图的表示对象和形式有了很大的变化。一方面，传统地图得到了不断丰富和发展；另一方面，航空摄影、卫星遥感、电计算机等新技术也相继引进，使地图学理论基础、工艺手段、表现手法的方面都有了很大变化。
 3.1. 现代地图的新特点
 3.1.1. 专题地图进一步拓宽领域并向纵深方向发展
 20世纪60年代以来，随着大中比例尺地形图与普通地图的测制完成以及社会发展的需求，地图学的发展有普通地图转向专题地图，专题地图的应用广度和深度不断发展，其理论与方法也日渐成熟。其中具体有：
 a.环境、海洋、城市、人文等专题地图的不断兴起；
 b.由单一部门专题制图项综合制图与系统制图方向发展，由基础性专题地图向深层次、实用性制图方面发展；
 c.由区域性、全国性制图向全球性制图发展，因为一方面由于气候与环境变化涉及全球范围，另一方面航天遥感技术的发展使得可以在短期内获得全球范围的遥感信息。
 3.1.2. 引进新技术而发展起来的的遥感资料制图和机助制图。
 遥感资料制图是利用遥感像片和卫星影像来编制地图。遥感制图首先从航空摄影测量与制图开始。1957年苏联第一颗人造地球卫星发射成功和1960年美国卫星的成功收回，使人类进入了卫星遥感资料制图的新时期。20世纪70年代以来，美国相继发射了陆地卫星、气象卫星和海洋卫星等，现在世界卫星发射的数目越来越多，这些卫星夜以继日地提供地球上陆地、海洋和大气的遥感图像和数据，对地图科学的发展产生了多方面影响——保证了地图的现实性、完整性，大大缩短了制图周期。同时以二进制记录的遥感数据便于直接输入计算机进行各种必要的处理，从而实现了制图自动化。
 机助制图就是用计算机进行辅助制图。机助制图是从20世纪60年代人类把计算机技术用于制图后开始的，后来从单一的机助制图系统向多用途、综合性机助制图系统发展，即建立了较大规模的地图制图系统或称地理信息系统（GIS）。机助制图的主要环节是数字化，即把图形转换成数字，图形数字化后输入计算机根据需要进行处理，处理后的数字信息经过自动绘图机输出转换成图形，得到数字地图或电子地图。地图图形可以显示在计算机屏幕上，也可以随时打印输出到纸上，这样就得到纸质地图。
 3.2. 理论地图学的提出
 20世纪60年代以前，对地图及其生产过程的研究都是从生产和技术的观点出发，因而把地图学称作研究地图编制的技术和方法的科学，60年代之后有的学者开始把地图学分成“理论地图学”和“实用地图学”。把地图学分成“理论地图学”和“实用地图学”使得地图学探索的范围向前推进了一步。尽管学术界对理论地图学的含义仍存在着分歧，但有一点得到公认，那便是必须引进和应用横断学科一些理论和概念与地图学嫁接，发展和建立理论地图学。因为每一门学科都需要有自己的理论体系，没有先进理论指导的技术是盲目的技术，没有先进技术支持的理论是落后的理论，地图学也不例外。理论地图学的提出扩展了地图学探索的范围，促进了地图学的发展，使地图学的研究不致局限于技术的范畴，对进一步阐述地图学的研究对象和理论建设，认识地图学与遥感、地理信息系统的共性与个性，理解信息时代的地图制作与应用特点，都具有重要作用。
 3.3. 现代地图的优势
 遥感技术和计算机技术的引进，拓宽了地图学的研究领域，一方面地图的信息源有了可靠的保障，另一方面地图的表达方式更加丰富多彩，与传统地图相比具有很大优势：
 3.3.1. 缩短了地图的出版周期
 传统地图的编辑出版需要经历一个漫长的编辑过程。但是当今时代人类获取空间地理数据的手段有了很大的发展，如航空影片、GPS（全球定位系统）卫星数据、遥感影像等，使得人类可以实时动态、全面快速大量地采集、获取数据，机助制图系统从数据源获取信息，进行编辑分析处理后，可直接制版出图，大大缩短了地图的出版周期。
 3.3.2. 解决了地图数据的存储和可实行之间的矛盾
 地图的主要功能是用来完成图形显示和地理信息存储量，传统方法是通过出版出版各种比例尺的地图测和地图产品来实现这两种功能。但是，随着信息的迅速增长，在有限的纸张上呈现庞大的信息是一件难事，而且从可视的角度讲任何小于0.1mm的特征，实际上均被忽略了，要想存储更精确的数据就必须增达成图比例，这样纸张的大小就会成指数倍增加。然而，在机助制图系统中，与其紧密相关的计算机数据库可以存储大容量的地理信息，各种电子媒介比任何纸张都具有大得多的存储能力。
 3.3.3. 增强了地图的显示效果
 纸张地图的显示比较单一、固定，改变显示方式就得重新绘图，而且颜色也不能多变，但在机助制图系统环境下，地图可以随时进行放大、缩小、全屏、漫游及动态显示，并且可以填充进行彩色显示，大大增强了地图的显示效果。特别是以遥感影像为基本内容，按相应的投影进行缩放纠正，再配上必要的普通地图要素,制作成遥感影像地图，直观形象的影像信息更是丰富了地图的表达内容。
 3.3.4. 提高了地图的分析功能，缩短了纸图的更新周期
 地图功能中最重要的功能是分析地理信息的能力，纸质地图的分析灵活性不好，分析手段有限、效率较低。但在机助制图系统的GIS环境下，所有信息在逻辑上连续存储并可以连续获取，信息的提取快捷而方便，距离的量取和各种分析运算更是快捷、准确，大大提高了地图的分析功能。在传统的纸质图生产中，更新一幅地图就意味着重新印刷，这也比较耗时。在机助制图，GIS系统可以方便地从几种信息源输入数字信息，组合使用多尺度不同比例尺的数据，常规的矢量地图和遥感图像可以很容易地一起处理，空间信息、大量文本和数据也可精确记录，相对于传统的纸图，GIS下的现代电子图可达到瞬息万变。
 3.3.5. 解决了大量数据与高速查询的矛盾
 对于一张地图，我们要求能存储尽量多的信息，又能快速查询到我们所需要的细节，传统的纸质地图很难做到这一点。因为传统的纸质地图生产成本高、周期长，制图者尽可能把最多的、有用的信息放在一张图上，使其成为面向一般目的的普通地图，这样由于地图在幅量的限制，就不能表示满足用户所需要的某些细节，而且查询速度也较慢。但是，GIS拥有的巨大灵活性和先进技术，改变了地图的设计、生产和应用，与GIS紧密相连的地图数据库不仅能存储容量巨大的地理信息，而且是高速查询成为可能。随着计算机网络技术的发展及未来信息高速公路的不断增长，将会实现对更大范围和更大领域的高速查询。
 从传统地图学到现代地图学的历史转变，由地图学到地图学与地理信息系统，说明地图学是一个充满生机与活力的科学，在新的世纪里地图以怎样的面貌和方式展现出新的生机，应引起我们的思考和关注。
 
参考文献
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王家耀．《地图学的回顾与展望》军事测绘，1998（6）
高俊 《进入21世纪的地图学》庆祝郑州测绘学院建院五十周年学术报告会论文
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王家耀 孙群等《地图学》解放军信息工程大学测绘学院
刘岳 现代地图学发展的主要特征和今后方向 中国测绘 2O02年第1期
王家耀．地图学与地理信息的现状与趋势．洲绘通报．1997(6)